平面异质结钙钛矿太阳能电池的空穴传输层氧化掺杂及界面调控研究

发布时间：2021-01-05 03:46

　　随着能源需求总量持续不断攀升,能源供给结构优化调整步伐加快,太阳能光伏技术有望成为缓解目前环境、能源供给压力的最有效解决方案。钙钛矿太阳能电池PSCs作为第三代新型太阳能电池的典型代表,以其可溶液制备、低成本、吸光系数高、带隙可调节、双载流子传输特性等优点成为新的研究热点。经过短短十年时间的发展,光电转化效率PCE从最初的3.8%提升至25.2%,PSCs器件的综合光电性能得到了突飞猛进的发展。但要将PSCs真正推向商业化大规模实际应用场景仍有很多问题需要解决,针对现阶段PSCs研究面临的现状和问题,本篇论文主要围绕提升空穴传输层HTL导电性、空穴提取效率、改善钙钛矿薄膜质量、提高器件光电转化效率和稳定性开展研究。主要实验内容、结论如下:（1）在PSCs中,空穴传输层的导电性能和载流子提取性能对器件光电转化效率提升具有重要意义。为了优化空穴传输层的光电性能我们首次把具有较强夺电子能力的碘iodine作为一种氧化性p-型掺杂剂引入到spiro-OMeTAD溶液中,对spiro-OMeTAD形成有效氧化,使体系内的氧化态spiro-OMeTAD阳离子自由基含量增加,进而通过改善HTL电导率... 

【文章来源】：华侨大学福建省

【文章页数】：90 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

理想钙钛矿晶体结构示意图

钙钛矿太阳能电池内部主要包括透明导电氧化物涂层玻璃基板(FTO或ITO)、n-型半导体电子传输层(ETL)、钙钛矿层(PAL)、p-型半导体空穴传输层(HTL)、背电极(metal或carbon电极)。根据有无介孔支架层可以分为平面异质结结构[48]、介孔-平面异质结结构[49]两大类,如图1.4所示,依据ETL和HTL的沉积顺序不同可以详细分为正式n-i-p型介孔结构PSCs、反式p-i-n型介孔结构PSCs、正式n-i-p型平面异质结结构PSCs、反式p-i-n型平面异质结结构PSCs,通过优化器件功能层和结构还发展出三介观介孔型结构和叠层结构等。(1) 介孔-平面异质结结构：介孔结构PSCs是借鉴最初DSSCs器件的架构组成,通常由透明导电氧化物玻璃基板FTO、阻挡空穴传输电子的致密阻挡层TiO2、起支撑框架作用的介孔层TiO2或Al2O3、受光激发产生电子-空穴对的钙钛矿吸光层PAL、阻挡电子传输空穴的HTL、背电极Au组成。钙钛矿晶体颗粒渗入介孔支架层中,一方面受到介孔支架的限制作用确保了钙钛矿薄膜形貌的高重现性,另一方面充分的吸附作用保证PAL可以吸收充足的光,钙钛矿层的厚度通常大于介孔支架层,即钙钛矿层可以对介孔支架层形成良好的覆盖,从而避免了与HTL的直接接触,降低了漏电现象带来的器件开路电压损失,有效的提高了电池器件的Voc,同时在一定程度上使迟滞现象也得到改善。

▽：指激子复合淬灭。研究发现,电池器件内部的光电子注入ETL(过程1)和空穴注入HTL(过程2)是同时存在的,值得指明的是光电子从钙钛矿界面注入ETL之前还需要借助钙钛矿本身双极性载流子传输特性,从钙钛矿内部扩散传输到界面处。在电池器件内部,过程(3)、(4)、(5)、(6)所涉及到的激子淬灭、复合过程对电池光电性能是起负面作用的,通过优化材料性能、器件结构、掺杂、界面工程等途径降低减弱该过程,进而能够提高器件效率和光电性能。


本文编号：2957960